[發明專利]一種防凍拔粘結弱化的自愈合混凝土樁

有效

• 申請號: 201610169402.3
• 申請日: 2016-03-23
• 公開（公告）號: CN105821832B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 王若林;朱道佩;張慧敏
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: E02D5/30
• 分類號: E02D5/30;E02D27/35;E02D31/14
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙)42222
• 代理人: 魏波

技術領域

本發明屬于防凍拔破壞技術領域，具體的說是一種防凍拔粘結弱化的自愈合混凝土樁。

背景技術

在寒冷地區，由于土體凍結產生的膨脹變形受到樁基礎的限制，故在樁基礎表面將產生切向凍脹力。隨著季節凍融層凍結深度的加大，樁周的切向凍脹力會逐漸變大。當樁基埋入的深度較深或者采用擴底樁時，在切向凍脹力的作用下，混凝土開裂，樁基內部的鋼筋與混凝土產生粘結滑移。

目前，主要采用的方法是在樁側換填非凍脹性材料，一般采用粗砂、卵石、爐渣等非凍脹粗顆粒材料。但是，這種方法會對土體產生擾動，影響樁基的穩定性。

另一種方法是在樁側設置隔熱保溫層或埋設電熱絲保持土體溫度減輕土體凍結程度，通過減少凍深來減小切向凍脹力。由于這種方法施工復雜，成本較高，應用受到極大制約，且從長期營運角度，并不是一種經濟適用且耐久的樁基。

還有一種方法是減小樁截面的尺寸或增大鋼筋的直徑。減小樁截面的尺寸可以減小樁周的切向凍脹力，增大鋼筋的直徑可以增大鋼筋與混凝土的臨界粘結應力。但是減小樁截面的尺寸會降低樁的臨界承載力；增大鋼筋的直徑提高了成本，并且有可能出現超筋的情況；因此，這種方法也不實用。

更值得關注的是，上述方法均沒有考慮凍融過程中，混凝土與鋼筋之間較大的力學性能差異更為顯著，表現在凍拔過程中混凝土與鋼筋之間粘結性能的劣化，甚至出現兩者之間的脫落，對樁基礎的長期運營是極為惡劣的潛在危害。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種防凍拔粘結弱化的自愈合混凝土樁。

本發明所采用的技術方案是：一種防凍拔粘結弱化的自愈合混凝土樁，其特征在于：在混凝土攪拌的過程中，放入鋼制膠囊，待攪拌均勻后澆入事先準備的混凝土樁模型中；同時為了提高鋼與混凝土之間的粘結性能，在鋼筋上纏繞通過條狀聚丙烯織物串聯在一起的鋼制膠囊串。

作為優選，所述鋼制膠囊由鋼制膠囊壁、結構膠、環狀陶瓷組成；所述鋼制膠囊壁內部充填有結構膠，所述環狀陶瓷設置在所述鋼制膠囊的中部。

作為優選，所述鋼制膠囊壁由低溫高韌性高強度鋼材制作而成，厚度為1～2mm；所述環狀陶瓷的壁厚為0.2～0.3mm，高度為2～2.5mm，內徑與鋼制膠囊壁的內徑大小一樣，設置在所述鋼制膠囊壁中部凹槽內。

作為優選，所述鋼制膠囊壁表面設置有凹凸立體花紋。

作為優選，所述鋼制膠囊的長度為18～23mm，直徑為5～8mm，體積摻量為10～15％。

作為優選，所述條狀聚丙烯織物由單絲纖維編織而成，厚度0.1mm，寬度為2～4mm，纏繞在鋼筋上的密度是1m長度范圍內串聯35～40個鋼制膠囊。

作為優選，所述混凝土采用自密實混凝土，能避免振搗過程中鋼制膠囊的破裂。

作為優選，所述鋼制膠囊的體積摻量ρ_f的計算公式為：

式中，f_ft為鋼制膠囊混凝土的配制抗拉強度；f_t為基體混凝土抗拉強度、l_f/d_f為鋼制膠囊的長徑比；α_t為經驗系數。

本發明的優點是：

1、由于鋼制膠囊壁的材料為低溫高韌性高強度鋼材，摻入混凝土后不僅能顯著改善混凝土的抗拉和抗剪強度，而且能大大增強混凝土的韌性，進而提高其抗震性能。由于鋼制膠囊壁的表面設置有凹凸立體花紋，摻入混凝土后能增強膠囊自身與混凝土的結合能力。由于鋼制膠囊中部的陶瓷是脆性材料，厚度適當，能及時破損，內部結構膠體即時流出修補裂紋。陶瓷材料自身性能穩定，對溫度適應性好，不會因混凝土中水泥的水化熱而提前熔融失效。

2、鋼筋上纏繞有鋼制膠囊串，相當于增大了鋼筋與混凝土的接觸面積，可以顯著的提高鋼筋與混凝土的粘結性能。由于條狀聚丙烯織物強度高，韌性好，與混凝土及鋼筋均有較好的結合性能，可以顯著的增大鋼筋與混凝土的臨界粘結應力，由于聚丙烯自身很好的塑性和韌性及對溫度的適應性，在凍融過程中能對鋼筋與混凝土之間的凍拔剝離和劣化有極強的抵抗能力。

3、由于鋼制膠囊在混凝土中的位置和取向隨機分布，則各個方向的裂縫都有鋼制膠囊破裂對其進行修復愈合。由于樁中的混凝土采用自密實混凝土，可以避免混凝土中的鋼制膠囊在振搗過程中破裂。

附圖說明

圖1為本發明實施例的樁截面中鋼制膠囊的分布圖；

圖2為本發明實施例的鋼制膠囊串在鋼筋上的分布圖；

圖3為本發明實施例的條狀聚丙烯織物示意圖；